電荷移動増強効果を制御した高感度・汎用的ラマン分光測定装置の開発

开发具有受控电荷转移增强效应的高灵敏度、多功能拉曼光谱仪

• 批准号: 14703022
• 负责人: 片山 建二
• 金额: $ 17.06万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14703022/
• 关键词: 表面増強ラマン散乱効果; 吸着分子; 金; 分光; 色素; 時間分解分光法; 超高速; フェムト秒

ラマン分光法は信号が非常に微弱であるのが欠点であるが、一方で水分や大気の影響を受けないことが赤外吸収に比べて優れている。本研究では、金属基板上の吸着分子のラマン信号強度が10^4から10^6倍も増強されるという表面増強ラマン散乱(SERS)効果の機構を明らかにし、その知見を利用して、高感度・汎用的・簡易なラマン分光測定装置を開発することを目的としている。SERS効果では、いくつかの課題(1.増強される分子が限られており、またどの系統の分子が増強されるかが不明。2.金属基板状態に大きく依存し、その最適な構造や作成方法は不明。3.共存物質、特に吸着イオン種の影響を受ける。)のため、それらを明らかにすることを本研究の第1歩とした。私は、従来研究と全く異なる視点で、SERS増強の素過程を超高速時間分解分光法により明らかにする手法を確立している。そこで、この手法を用いて、金属のどのエネルギー準位から吸着分子に電荷移動することでSERSが増強されるかを確認することに成功した。まず、金属としてナノオーダーの凹凸を変化させた蒸着膜および金ナノ粒子を用いてこの測定をおこなった。それらの測定により、金の励起準位の制御、また、それに伴う電荷移動過程を制御することに成功した。次に吸着種側の条件について明らかにした。いくつかの色素系を調べることで、どのような官能基を利用して電荷移動増強が誘起されているかを明らかにした。これらの知見から、SERSの高感度化の手段として、金属表面状態を制御することでSERS増強を誘起する効率的な電荷移動を引き起こす手法を提案したそれらの情報に基づいて、SERS基板の作成をおこなった。SERS基板として、酸化-還元サイクル法を用いたSERS最適基板の作成について考祭した。また、フェムト秒レーザー加工技術も利用して能動的に基板を作成する方法についても検討した。

が ラ マ ン spectrometry は signal is very weak で に あ る の が points less で あ る が, big party で moisture や 気 の を by け な い こ と が red outside suck 収 に than べ て optimal れ て い る. This study で は, metal substrate の sorption molecular の ラ マ ン signal strength が 10 ^ 4 か ら 10 ^ 6 times も raised strong さ れ る と い う surface raised strong ラ マ ン scattered used (SERS) working fruit の institutions を Ming ら か に し, そ の knowledge を using し て, Gao Gan degree, the universal, simple な ラ マ ン spectroscopic measurement device を open 発 す る こ と を purpose と し て い る. SERS unseen fruit で は, い く つ か の subject (1. Strong rights さ れ る が limit ら れ て お り, ま た ど の system の molecules が raised strong さ れ る か が is unknown. 2. The state of the metal substrate is に large く く dependent on に and そ. The most suitable な structure や and the method of making や are also unknown. 3. Coexisting substances, especially に adsorbing <s:1> and <s:1> kinds of <s:1>, are affected by を and ける. <s:1> ため, それらを Ming ら にする にする とを とを this study と step 1 と た た. Private は, 従 to study と く all different な used で る perspective, SERS raised strong の element process を super-fast time breakdown spectrometry に よ り Ming ら か に す る gimmick を establish し て い る. そ こ で, こ の gimmick を with い て, metal の ど の エ ネ ル ギ ー quasi a か ら sorption molecular に charge mobile す る こ と used で SERS が raised strong さ れ る か を confirm す る こ と に successful し た. ま ず, metal と し て ナ ノ オ ー ダ ー の is concave and convex を variations change さ せ た steamed film お よ び gold ナ を ノ particles with い て こ の determination を お こ な っ た. そ れ ら の determination に よ り, jin の excitation of quasi の suppression, ま た, そ れ に with う charge movement を suppression す る こ と に successful し た. The conditions on the side of に adsorption are に, に, て, ら, に and た. い く つ か の pigment is を adjustable べ る こ と で, ど の よ う な functionality を using し て charge mobile raised strong が induced さ れ て い る か を Ming ら か に し た. Used こ れ ら の knowledge か ら, SERS の Gao Gan degree melts の means と し て, metal surface state を suppression す る こ と used で SERS raised strong を induced す る sharper rate な charge mobile を lead き こ す technique proposed を し た そ れ ら の intelligence に base づ い て used, SERS substrate の made を お こ な っ た. The SERS substrate is と て て て, and the acidification - reduction サ <s:1> <s:1> <s:1> and <s:1> <s:1> method を is used to fabricate に て て て and た た using the most suitable <s:1> たSERS substrate <e:1>. ま た, フ ェ ム ト seconds レ ー ザ ー processing technology も use し て motile に substrate を made す る method に つ い て も beg し 検 た.

项目成果

K.Shibamoto, et al.: "Fundamental processes of surface enhanced Raman scattering detected by transient reflecting grating spectroscopy"J.Photochem.Photobio.A. 6245. 1-8 (2003)

K.Shibamoto 等人：“瞬态反射光栅光谱检测表面增强拉曼散射的基本过程”J.Photochem.Photobio.A。

K.Katayama, et al.: "Ultrafast dynamics at a silicon surface detected with femtosecond transient reflecting spectroscopy"J. Appl. Phys.. 81・3. 1074-1080 (2002)

K. Katayama 等人：“用飞秒瞬态反射光谱检测硅表面的超快动力学”J. Appl. 1074-1080 (2002)。

K.Shibamoto, et al.: "Fundamental processes of surface enhanced Raman scattering detected with transient reflecting grating spectroscopy"Rev.Sci.Instrum.. 74・1. 910-912 (2003)

K. Shibamoto等人：“用瞬态反射光栅光谱检测的表面增强拉曼散射的基本过程”Rev.Sci.Instrum.. 74・1（2003年）。

K.Katayama, et al.: "Formation of ring patterns surrounded by ripples by single-shot laser irradiation with ultrashort pulse width at the solid'liquid interface"Appl.Phys.Lett.. 82. 4244-4246 (2003)

K.Katayama 等人：“通过在固液界面处以超短脉冲宽度进行单次激光照射，形成被波纹包围的环形图案”Appl.Phys.Lett.. 82. 4244-4246 (2003)

K.Katayama, et al.: "Transient reflecting grating spectroscopy for defect analysis in semiconductor surface layer"J.Appl.Phys.. 92・3. 1367-1371 (2002)

K.Katayama等人：“用于半导体表面层缺陷分析的瞬态反射光栅光谱”J.Appl.Phys.. 92・3（2002）。